數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)課件

11.1.2

DBMS的基本功能DBMS主要是實現(xiàn)對共享數(shù)據(jù)有效的組織、管理和存取。數(shù)據(jù)庫定義數(shù)據(jù)存取數(shù)據(jù)庫運行管理數(shù)據(jù)組織、存儲和管理數(shù)據(jù)庫的建立和維護其它功能通信功能，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能111.1.3

DBMS與操作系統(tǒng)DBMS是建立在OS之上的軟件系統(tǒng)，是

OS的用戶。DBMS對共享數(shù)據(jù)的組織、管理和存取

需要OS的支持。DBMS遇到創(chuàng)建和撤銷進程、進程通信、讀寫磁盤、分配內(nèi)存等要求時必須請求

OS服務。不同OS提供不同的服務方式，導致

DBMS在實現(xiàn)技術(shù)上和實現(xiàn)方法上的諸

多差異。對于同一OS，DBMS也可以由不同的實現(xiàn)選擇。211.1.4

DBMS和第四代應用開發(fā)環(huán)境屏幕表格開發(fā)工具SQL*FORMS菜單生成SQL*MENU預編譯‘PRO’ORACLE數(shù)據(jù)通信與分布軟件LINK,SQL*STAR用戶友好接口SQL*PLUSSQL執(zhí)行程序ORACLE內(nèi)核關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)報表編寫程序SQL*REPORT圖形軟件SQL*GRAPH電子表格SQL*CALC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換ODL數(shù)據(jù)庫與數(shù)據(jù)字典311.2

DBMS的進程結(jié)構(gòu)和多線索機制應用程序通過DBMS，DBMS通過OS，與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)打交道。以及都必須進入某個具體

的OS環(huán)境。11.2.1

N方案：DBMS與應用程序相融合的方案AP1

AP2DBMS

DBMSAPiDBMSU1UiOSDB文件SGA411.2.2

2N方案：一個DBMS進程對應一個用戶進程DBMSDBMSAP1

AP2

APiDBMSU1UiOSDB文件SGA511.2.3

N+1方案：一個DBMS進程對應所有用戶進程DBMSAP1

AP2

APiU1UiOSDB文件SGA611.2.4

N+M方案：M個DBMS進程對應N個用戶進程DBMSAP1

AP2

APiU1UiOSDB文件SGADBMS進

程服務池711.2.5

多線索(Multi_Threaded)

DBMS的概念

一、線程的概念在OS中，將進程的概念一分為二，Task是申請

資源的最小單位，而Thread是調(diào)度和運行的最小單位。一個Task中可以有多個Thread，它們共享Task的所有資源，共同完成一個任務。一個Thread只能存在于某個Task中。在多處理機上，這些Thread可真正并行地執(zhí)行。多個線程運行于同一實體(任務或進程)，并共享該實體所擁有的所有資源。線程的基本概念就是將進程中的程序代碼與進程所占資源相分離，從而在一個地址空間可以運行多個指令流。8進程、Task與ThreadPC,PS,SPStackRegister(運行資源)進程控制信息存儲管理信息信號處理信息文件指針管理資源占用統(tǒng)計資源控制信息進程控制信息存儲管理信息信號處理信息文件指針管理資源占用統(tǒng)計資源控制信息運行資源UNIX中進程的概念9MACH中Task與Thread概念ThreadTask二、多線索(Multi_Threaded)DBMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的“線索”概念借鑒了OS”線程”概

念的含義：整個DBMS可以看作一個Task，當有一個用戶申請數(shù)據(jù)庫服務時，Task分配至少一個Thread為之服務，多個Thread并行工作，共享資源。一般地講，DBMS中的線索是DBMS的一個執(zhí)

行流，它服務于整個DBMS系統(tǒng)或DBMS的某個用戶；DBMS服務器相應客戶請求是通過為每個用戶創(chuàng)建線索來完成。DBMS的各個線索能在邏輯上并行執(zhí)行，并共

存于一個進程，共享DBMS的所有資源；線索是DBMS的調(diào)度單位，服務器進程能按一定的調(diào)度算法調(diào)度用戶請求。10三、線索與進程的比較線索比進程占用較少的資源線索是程序中的一串指令流，同一進程內(nèi)的多個線索共享該進程內(nèi)的一切資源。因此，線索比進程占用更少的資源，是更小的調(diào)度單位，可支持較細粒度的并行。線索調(diào)度比較靈活，可控制性強進程調(diào)度是OS控制的、非智能的，DBMS無法干涉線索切換開銷較小線程共享同一地址空間4.線索間通信簡單線索可以借助全局變量名或局部變量名的指針

進行通信。1111.3

DBMS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)12DBMS程序模塊的組成

一、數(shù)據(jù)庫定義方面的程序模塊模式、外模式、存儲模式的定義模塊。安全性定義程序模塊。完整性定義程序模塊。二、數(shù)據(jù)操縱方面的程序模塊查詢處理程序模塊。數(shù)據(jù)更性程序模塊。交互式查詢程序模塊。嵌入式查詢程序模塊。三、數(shù)據(jù)庫運行管理方面的程序模塊主要有系統(tǒng)初啟程序和安全性檢查、完整性檢

查、并發(fā)控制、事務管理、運行日志管理等三、數(shù)據(jù)庫運行管理方面的程序模塊。四、數(shù)據(jù)庫組織、存儲和管理方面的程序模塊有文件讀寫于維護程序、存取路徑管理和維護程序、緩沖區(qū)管理程序等五、數(shù)據(jù)庫建立、維護和其他方面的程序模塊有數(shù)據(jù)庫初始裝入程序、轉(zhuǎn)儲程序、恢復程序、數(shù)據(jù)庫重構(gòu)造程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序、通信程序

等。1311.3.2

DBMS的層次結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存儲層操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫1411.3.3

DBMS運行過程示例系統(tǒng)緩沖區(qū)應用程序用戶工作區(qū)(UWA)操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫⑵⑶⑸⑹數(shù)據(jù)字典⑺⑻⑼⑽⑴

⑿數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(DBMS)⑾1511.4語言處理16語言翻譯處理層的任務和工作步驟任務：把用戶提交的交互式命令或嵌入式語言

轉(zhuǎn)換成對應的DBMS層內(nèi)可執(zhí)行的基本存取模塊的調(diào)用序列。數(shù)據(jù)庫語言通常包括DDL、DML和DCL三部分。在RDMBS中DD通常采用和普通數(shù)據(jù)同樣的表

示方式——表。它包括關(guān)系定義表、屬性表、

視圖表、視圖屬性表、視圖表達式表、用戶表、

存取權(quán)限表等。DD是DML語句處理、執(zhí)行以及DBMS運行管

理的基本依據(jù)。關(guān)系名別名建立者屬性個數(shù)記錄長度記錄總數(shù)屬性定義指針視圖定義指針視圖屬性指針基關(guān)系指針視圖表達式指針視圖表屬性名類型長度記錄內(nèi)偏址完整性定義指針屬性表達式指針RDBMS數(shù)據(jù)字典的部分示意圖關(guān)系定義表 屬性表屬性名基關(guān)系屬性指針屬性表達式設(shè)計用戶名口令用戶表視圖屬性表用戶名數(shù)據(jù)對象名數(shù)據(jù)對象類型操作權(quán)限存取謂詞用戶權(quán)限表視圖名表達式語法樹根指針1718詞法分析語法分析符號名轉(zhuǎn)換合法權(quán)檢查完整性檢查視圖轉(zhuǎn)換代數(shù)優(yōu)化存取路徑優(yōu)化策略描述DML語句可執(zhí)行的RDBMS內(nèi)層基本存取模塊的調(diào)用序列查詢檢查查詢分析查詢優(yōu)化數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典DBMS內(nèi)層基本模塊庫單元組接口多元組接口11.4.2

解釋方法解釋執(zhí)行與編譯技術(shù)11.4.3預編譯方法源模塊修改后的源模塊預編譯器數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)字典該語言的編譯器束縛(bind)目標模塊裝載模塊連接（裝載模塊)(應用規(guī)劃)運行監(jiān)督器數(shù)據(jù)存儲管理器器(其它)DBDBMS內(nèi)存基本存取模塊應用規(guī)劃DBRMSelect

…From…內(nèi)存1911.5數(shù)據(jù)存取層語言處理層：元組、關(guān)系、視圖等邏輯數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)存取層：邏輯記錄、邏輯塊、邏輯存取路徑數(shù)據(jù)存儲層：邏輯記錄、塊、塊組成的系統(tǒng)緩沖區(qū)多元組接口(如SQL語句)20單元組接口存儲器接口11.5.1存取層的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)記錄存取、事務管理子系統(tǒng)控制信息管理排序/合并子系統(tǒng)存取路徑維護子系統(tǒng)封鎖子系統(tǒng)日志登錄子系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲層單元數(shù)據(jù)接口2111.5.2存取層的功能子系統(tǒng)一、記錄存取、事務管理子系統(tǒng)不涉及存儲分配、存儲結(jié)構(gòu)及有關(guān)參數(shù)，只在數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)上操作，因而可以

把各種物理實現(xiàn)形態(tài)隱藏起來。二、日志登記子系統(tǒng)三、控制信息管理子系統(tǒng)

四、排序/合并子系統(tǒng)五、存取路徑維護子系統(tǒng)

六、封鎖子系統(tǒng)2211.6緩沖區(qū)管理控制信息第一頁第二頁???(操作：查找頁、申請頁、淘汰頁)???BUFFER讀(READBUF)寫(WRITEBUF)讀(OS)寫(OS)數(shù)據(jù)庫23數(shù)據(jù)庫緩沖區(qū)及上下接口在緩沖區(qū)中查找頁READBUF找到？NO有空頁在緩沖區(qū)中申請一頁無空頁按淘汰策略淘汰一頁從外存讀入新頁YES24緩沖區(qū)管理示意圖(讀操作)11.7數(shù)據(jù)庫物理組織25一、數(shù)據(jù)字典(DD)的組織二、數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)聯(lián)系的組織三、存取路徑的組織四、一個實際系統(tǒng)的例子ORACLE系統(tǒng)(無論大型、中型或微機版本)數(shù)據(jù)庫存儲空間有RDBMS管理數(shù)據(jù)庫在邏輯上又一個或多個分區(qū)組成分區(qū)中至少有一個系統(tǒng)分區(qū)，DD存儲在該分區(qū)

中一個分區(qū)包含一個或多個數(shù)據(jù)庫表一個表只能屬于一個分區(qū)，不能跨分區(qū)存放一個分區(qū)物理上由一個或多個物理文件組成ORACLE

DATABASE分區(qū)(partitions)物理文件(physical

files)數(shù)據(jù)庫表(database

tables)物理塊(physical

blocks)數(shù)據(jù)段(data

segment)數(shù)據(jù)區(qū)間(data

extents)索引段(indexsegment)索引區(qū)間(indexextents)1:n26Orcale數(shù)據(jù)庫組織示意圖時間印(Timestamp)下一塊的地址上一塊的地址塊頭信息(Header)行號該行長度列a標識列a長度列a數(shù)據(jù)列b標識列b長度列b數(shù)據(jù)備用空間(由PCTFREE參數(shù)確定)Orcale數(shù)據(jù)塊的格式27